JP5748559B2 - 流動層乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、褐炭等の湿潤燃料を流動させながら乾燥させる流動層乾燥装置に関するものである。

従来、このような流動層乾燥装置として、底部が多数の開孔を有する通気可能な分散板である乾燥室と、乾燥室下部に位置する風室とを備えた流動乾燥機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この流動乾燥機は、流動化ガス（乾燥用気体）を風室から分散板を介して乾燥室に供給することによって被乾燥物を流動させながら乾燥させており、乾燥室内に供給された流動化ガスは、被乾燥物から発生した蒸気と共に、乾燥室の上部に形成された排気口から排出される。

特開２００８−８９２４３号公報

ところで、従来のような流動層乾燥装置の構成において、流動化ガスの潜熱を回収して有効利用する場合、流動化ガスとしては、例えば、蒸気等の凝縮性ガスを用いることが好ましい。しかしながら、凝縮性ガスとして蒸気を用いる場合、蒸気の温度を１００℃以上としなければならず、乾燥効率の向上を図ることは困難である。

そこで、本発明は、流動化ガスの潜熱を回収して有効利用可能とし、湿潤燃料の乾燥効率を向上させることができる流動層乾燥装置を提供することを課題とする。

本発明の流動層乾燥装置は、流動化ガスにより湿潤燃料を流動させることで、内部に流動層を形成する乾燥炉を備え、乾燥炉は、乾燥炉の内部を、湿潤燃料の流動方向の上流側に位置する第１乾燥室と、第１乾燥室の下流側に位置する第２乾燥室とに区分けする仕切り部と、乾燥炉の底部と仕切り部との間に設けられ、第１乾燥室から第２乾燥室へ向けて湿潤燃料を流通させる流通口と、を有し、流動化ガスは、非凝縮性ガスと凝縮性ガスとがあり、第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか一方に、流動化ガスとして非凝縮性ガスを流入させ、第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか他方に、流動化ガスとして凝縮性ガスを流入させることを特徴とする。

この構成によれば、第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか一方に、非凝縮性ガスを流入させることができる。なお、非凝縮性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ_２）がある。非凝縮性ガスである窒素は、凝縮性ガスである蒸気のように１００℃以上とする必要がなく、７０℃〜１００℃で湿潤燃料を乾燥させることができるため、湿潤燃料の乾燥効率を向上させることができる。一方で、第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか他方に、凝縮性ガスを流入させることができるため、凝縮性ガスの潜熱を回収して有効利用することが可能となる。

この場合、第１乾燥室に、非凝縮性ガスを流入させ、第２乾燥室に、凝縮性ガスを流入させることが好ましい。

この構成によれば、上流側に位置する第１乾燥室の湿潤燃料は、下流側に位置する第２乾燥室の湿潤燃料に比して未乾燥状態であり、第１乾燥室に乾燥効率の高い非凝縮性ガスを流入させることで、湿潤燃料の乾燥を効率良く行うことが可能となる。

この場合、凝縮性ガスが流入する第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか一方の圧力は、非凝縮性ガスが流入する第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか他方の圧力に比して高いことが好ましい。

この構成によれば、非凝縮性ガスが、流通口を介して、凝縮性ガスが流入する第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか一方に流入することがない。これにより、凝縮性ガスが流入する第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか一方には、非凝縮性ガスが混入することを抑制することができるため、凝縮性ガスを効率良く回収することができる。

この場合、乾燥炉で乾燥した湿潤燃料を乾燥燃料として供給され、流動化ガスにより乾燥燃料を流動させることで内部に流動層を形成しながら、乾燥燃料を冷却する乾燥炉と一体に設けられた冷却容器をさらに備え、冷却容器は、その内部に第２乾燥室に連通する冷却室が設けられ、冷却室には、流動化ガスとして、非凝縮性ガスを流入させることが好ましい。

この構成によれば、冷却容器を乾燥炉と一体に設けることができるため、乾燥炉と冷却容器とを別体に設ける場合に比して、構成を簡易なものとすることができる。

この場合、冷却室に設けられ、冷却室において発生した排出ガスを排出させる第３ガス排出口をさらに備え、凝縮性ガスが流入する第２乾燥室の圧力は、非凝縮性ガスが流入する冷却室の圧力に比して高いことが好ましい。

この構成によれば、冷却室に流入する非凝縮性ガスが、凝縮性ガスが流入する第２乾燥室に流入することがない。これにより、凝縮性ガスが流入する第２乾燥室には、非凝縮性ガスが混入することを抑制することができるため、凝縮性ガスを効率良く回収することができる。

この場合、第１乾燥室、第２乾燥室および冷却室は、その床面積比が、「第１乾燥室：第２乾燥室：冷却室＝２７〜４５％：６３〜４５％：１０％」となっていることが好ましい。

この構成によれば、床面積比に応じて、第１乾燥室および第２乾燥室において流動する湿潤燃料を乾燥させることができ、また、冷却室において流動する湿潤燃料を冷却させることができる。これにより、第１乾燥室および第２乾燥室における湿潤燃料の乾燥を好適に行うことができ、また、冷却室における湿潤燃料の冷却を好適に行うことができる。

本発明の流動層乾燥装置によれば、第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか一方に、非凝縮性ガスを流入させ、第１乾燥室および第２乾燥室のいずれか他方に、凝縮性ガスを流入させることができるため、流動化ガスの潜熱を回収して有効利用可能とし、湿潤燃料の乾燥効率を向上させることができる。

図１は、本実施例に係る流動層乾燥装置を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。 図２は、本実施例に係る流動層乾燥装置を模式的に表した概略構成図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る流動層乾燥装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施例に係る流動層乾燥装置を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。本実施例の流動層乾燥装置１が適用された石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）１００は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。すなわち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備１００は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。この場合、ガス化炉に供給する湿潤原料として褐炭を使用している。

なお、本実施例では、湿潤原料として褐炭を適用したが、水分含量の高いものであれば、亜瀝青炭等を含む低品位炭や、スラッジ等の泥炭を適用してもよく、また、高品位炭であっても適用可能である。また、湿潤原料として、褐炭等の石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。

本実施例において、図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１００は、給炭装置１１１、流動層乾燥装置１、微粉炭機（ミル）１１３、石炭ガス化炉１１４、チャー回収装置１１５、ガス精製装置１１６、ガスタービン設備１１７、蒸気タービン設備１１８、発電機１１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２０を有している。

給炭装置１１１は、原炭バンカ（燃料バンカ）１２１と、石炭供給機１２２と、クラッシャ１２３とを有している。原炭バンカ１２１は、褐炭を貯留可能であって、所定量の褐炭を石炭供給機１２２に投下する。石炭供給機１２２は、原炭バンカ１２１から投下された褐炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ１２３に投下する。このクラッシャ１２３は、投下された褐炭を細かく破砕して細粒化する。

流動層乾燥装置１は、給炭装置１１１により投入された褐炭に対して過熱蒸気等の乾燥用蒸気を供給することで、褐炭を流動させながら加熱乾燥し、褐炭が含有する水分を除去するものである。また、この流動層乾燥装置１は、乾燥済の褐炭（乾燥炭）を冷却している。流動層乾燥装置１から排出された乾燥冷却済の乾燥炭は、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１は、上部から取り出された蒸気（排出ガス）から乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン１３３と乾燥炭電気集塵機１３４が設けられ、蒸気から分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ１３２に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機１３４で乾燥炭が分離された蒸気は、後述する排熱回収ボイラ１２０に供給されたり、蒸気圧縮機１３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１に乾燥用蒸気として供給されたりする。

微粉炭機１１３は、石炭粉砕機であって、流動層乾燥装置１により乾燥された褐炭（乾燥炭）を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。すなわち、微粉炭機１１３は、乾燥炭バンカ１３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機１３６により投下されると、この乾燥炭を所定粒径以下の微粉炭とする。そして、微粉炭機１１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ１３７ａ，１３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される。

石炭ガス化炉１１４は、微粉炭機１１３で処理された微粉炭が供給されると共に、チャー回収装置１１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が供給される。

石炭ガス化炉１１４は、ガスタービン設備１１７（圧縮機１６１）から圧縮空気供給ライン１４１が接続されており、このガスタービン設備１１７で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置１４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン１４３が石炭ガス化炉１１４に接続され、この第１窒素供給ライン１４３に微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂからの給炭ライン１４４ａ，１４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン１４５も石炭ガス化炉１１４に接続され、この第２窒素供給ライン１４５にチャー回収装置１１５からのチャー戻しライン１４６が接続されている。更に、酸素供給ライン１４７は、圧縮空気供給ライン１４１に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。

石炭ガス化炉１１４は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１１４は、微粉炭に混入した異物を除去する異物除去装置１４８が設けられている。この場合、石炭ガス化炉１１４は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１１４は、チャー回収装置１１５に向けて可燃性ガスのガス生成ライン１４９が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン１４９にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１１５に供給するとよい。

チャー回収装置１１５は、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２とを有している。この場合、集塵装置１５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１１４で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン１５３を通してガス精製装置１１６に送られる。供給ホッパ１５２は、集塵装置１５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ１５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ１５２からのチャー戻しライン１４６が第２窒素供給ライン１４５に接続されている。

ガス精製装置１１６は、チャー回収装置１１５によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置１１６は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１１７に供給する。なお、このガス精製装置１１６では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。

ガスタービン設備１１７は、圧縮機１６１、燃焼器１６２、タービン１６３を有しており、圧縮機１６１とタービン１６３は、回転軸１６４により連結されている。燃焼器１６２は、圧縮機１６１から圧縮空気供給ライン１６５が接続されると共に、ガス精製装置１１６から燃料ガス供給ライン１６６が接続され、タービン１６３に燃焼ガス供給ライン１６７が接続されている。また、ガスタービン設備１１７は、圧縮機１６１から石炭ガス化炉１１４に延びる圧縮空気供給ライン１４１が設けられており、圧縮空気供給ライン１４１に昇圧機１６８が介設されている。従って、燃焼器１６２では、圧縮機１６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン１６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸１６４を回転することで発電機１１９を駆動することができる。

蒸気タービン設備１１８は、ガスタービン設備１１７における回転軸１６４に連結されるタービン１６９を有しており、発電機１１９は、この回転軸１６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ１２０は、ガスタービン設備１１７（タービン１６３）からの排ガスライン１７０に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ１２０は、蒸気タービン設備１１８のタービン１６９との間に蒸気供給ライン１７１が設けられると共に、蒸気回収ライン１７２が設けられ、蒸気回収ライン１７２に復水器１７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１１８では、排熱回収ボイラ１２０から供給された蒸気によりタービン１６９が駆動し、回転軸１６４を回転することで発電機１１９を駆動することができる。

そして、排熱回収ボイラ１２０で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置１７４により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突１７５から大気へ放出される。

ここで、本実施例の石炭ガス化複合発電設備１００の作動について説明する。

本実施例の石炭ガス化複合発電設備１００において、給炭装置１１１にて、原炭（褐炭）が原炭バンカ１２１に貯留されており、この原炭バンカ１２１の褐炭が石炭供給機１２２によりクラッシャ１２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された褐炭は、流動層乾燥装置１により加熱乾燥された後、冷却され、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１の上部から取り出された蒸気は、乾燥炭サイクロン１３３及び乾燥炭電気集塵機１３４により乾燥炭の粒子が分離される。乾燥炭が分離された蒸気は、排熱回収ボイラ１２０へ供給されたり、蒸気圧縮機１３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１に乾燥用蒸気として戻されたりする。一方、蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。

乾燥炭バンカ１３２に貯留される乾燥炭は、石炭供給機１３６により微粉炭機１１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ１３７ａ，１３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置１４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン１４３を通して石炭ガス化炉１１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１１５で回収されたチャーが、空気分離装置１４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン１４５を通して石炭ガス化炉１１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１１７から抽気された圧縮空気が昇圧機１６８で昇圧された後、空気分離装置１４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン１４１を通して石炭ガス化炉１１４に供給される。

石炭ガス化炉１１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉１１４からガス生成ライン１４９を通して排出され、チャー回収装置１１５に送られる。

このチャー回収装置１１５にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置１５１に供給され、集塵装置１５１は、可燃性ガスに含まれるチャーを分離する。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン１５３を通してガス精製装置１１６に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ１５２に堆積され、チャー戻しライン１４６を通して石炭ガス化炉１１４に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置１１５によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。そして、ガスタービン設備１１７では、圧縮機１６１が圧縮空気を生成して燃焼器１６２に供給すると、この燃焼器１６２は、圧縮機１６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１１６から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン１６３を駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１１９を駆動し、発電を行うことができる。

そして、ガスタービン設備１１７におけるタービン１６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１２０にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１１８に供給する。蒸気タービン設備１１８では、排熱回収ボイラ１２０から供給された蒸気によりタービン１６９を駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１１９を駆動し、発電を行うことができる。

その後、ガス浄化装置１７４では、排熱回収ボイラ１２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突１７５から大気へ放出される。

以下、上述した石炭ガス化複合発電設備１００における流動層乾燥装置１について詳細に説明する。図２は、本実施例に係る流動層乾燥装置を模式的に表した概略構成図である。本実施例の流動層乾燥装置１は、水分含量が高い石炭である褐炭を、流動化ガスにより流動させながら、加熱乾燥させるものである。

流動層乾燥装置１は、内部に褐炭が供給される乾燥炉５と、乾燥後の褐炭が供給される冷却容器７と、乾燥炉５および冷却容器７の内部に設けられたガス分散板６と、を備えている。乾燥炉５および冷却容器７は一体に設けられており、乾燥炉５の内部と冷却容器７の内部とは連通している。ガス分散板６は、乾燥炉５および冷却容器７の内部空間を、鉛直方向下方側（図示下側）に位置するチャンバ室１１と、鉛直方向上方側（図示上側）に位置する乾燥室１２および冷却室１３とに区分けしている。ガス分散板６には、多数の貫通孔が形成され、チャンバ室１１には、流動化ガスが導入される。なお、流動化ガスとしては、非凝縮性ガスである窒素や、凝縮性ガスである蒸気がある。

乾燥炉５に褐炭が供給されると、供給された褐炭は、流動化ガスにより流動することで、乾燥炉５内に流動層３を形成する。乾燥炉５に形成される流動層３は、その流動方向が、乾燥炉５の一端側（図示左側）から他端側（図示右側）へ向かう方向（図２の左右方向）となっている。同様に、冷却容器７に乾燥後の褐炭が供給されると、供給された褐炭は、流動化ガスにより流動することで、冷却容器７内に流動層３を形成する。冷却容器７に形成される流動層３は、その流動方向が、冷却容器７の一端側（図示左側）から他端側（図示右側）へ向かう方向（図２の左右方向）となっている。なお、乾燥炉５は、冷却容器７に対し、流動方向の上流側に位置し、冷却容器７は、乾燥炉５に対し、流動方向の下流側に位置している。

チャンバ室１１は、流動方向の上流側の第１チャンバ室１４と、第１チャンバ室１４の下流側の第２チャンバ室１５と、第２チャンバ室１５の下流側の第３チャンバ室１６とに区分けする複数（２つ）のチャンバ室隔壁１７を有している。第１チャンバ室１４には、加熱された非凝縮性ガスである加熱窒素（Ｎ_２）が供給され、その温度は、例えば、７０℃〜１００℃となっている。第２チャンバ室１５には、凝縮性ガスである過熱蒸気等の乾燥用蒸気が供給され、その温度は、例えば、１１０℃〜１５０℃となっている。第３チャンバ室１６には、冷却された非凝縮性ガスである冷却窒素（Ｎ_２）が供給され、その温度は、例えば、２０℃程度となっている。

乾燥炉５に形成された乾燥室１２は、流動方向の上流側に設けられた第１乾燥室２１と、流動方向の下流側に設けられた第２乾燥室２２とに区分けする乾燥室隔壁（仕切り部）２５を有している。乾燥室隔壁２５は、ガス分散板６との間に隙間を形成して設けられ、この隙間が第１乾燥室２１から第２乾燥室２２へ向けて褐炭を流通させる流通口２８となっている。第１乾燥室２１は、初期乾燥を行う完全混合領域となっており、第２乾燥室２２は、後期乾燥を行う押し出し領域（プラグフロー領域）となっている。

第１乾燥室２１は、その室内において、供給された褐炭が完全混合流れとなるように構成されている。完全混合流れとは、第１乾燥室２１内に形成される流動層３において、褐炭の水分含有率が均質となるように混合させる流れである。このため、第１乾燥室２１では、流動方向において逆流しながら混合する逆混合（バックミキシング）を許容している。この第１乾燥室２１には、褐炭を供給する供給ポート３１と、褐炭を加熱する伝熱管３３と、第１乾燥室２１において発生した排出ガスを排出させる第１ガス排出ポート３４と、が設けられている。

供給ポート３１は、褐炭の流動方向の上流側における第１乾燥室２１の側壁に接続されており、褐炭を第１乾燥室２１に供給するための供給口となっている。この供給ポート３１には、上記したクラッシャ１２３が接続されており、細粒化された褐炭が、第１乾燥室２１に供給される。

伝熱管３３は、流動層３の内部に設けられている。伝熱管３３は、その内部に乾燥用蒸気が供給され、流動層３の褐炭中の水分を除去している。よって、伝熱管３３に乾燥用蒸気が供給されると、伝熱管３３は、乾燥用蒸気の潜熱を利用して、第１乾燥室２１内の褐炭を乾燥させる。この後、乾燥に利用された乾燥用蒸気は、第１乾燥室２１の外部に排出される。

第１ガス排出ポート３４は、第１乾燥室２１の上面に形成された第１ガス排出口３８に接続されている。この第１ガス排出ポート３４は、第１乾燥室２１に流入した加熱窒素および褐炭の乾燥により発生した発生蒸気を排出ガスとして、第１乾燥室２１の外部に排出している。

従って、供給ポート３１から褐炭が供給されると、供給された褐炭は、ガス分散板６を介して供給される加熱窒素により流動することで、流動層３を形成する。また、形成された流動層３の上方には、第１フリーボード部Ｆ１が形成される。流動層３となった褐炭は、加熱窒素および伝熱管３３に加熱されることで初期乾燥が行われる。

これにより、第１乾燥室２１の流動層３を形成する褐炭は、完全混合流れとすることができる。よって、第１乾燥室２１における流動層３では、完全混合流れとなった褐炭を、均質化させながら乾燥できる。そして、第１乾燥室２１において初期乾燥された褐炭は、第２乾燥室２２に供給される。なお、第１乾燥室２１では、例えば、水分含有率が６０％程度の褐炭を、水分含有率が４０％程度となるまで初期乾燥させる。

第２乾燥室２２は、その室内において、供給された褐炭が流動方向に沿って、押し出し流れとなるように構成されている。押し出し流れとは、第２乾燥室２２内に形成される流動層３において、褐炭が流動方向に拡散しないように、褐炭を流動方向に押し出す流れである。この第２乾燥室２２には、第２乾燥室２２において発生した排出ガスが排出される第２ガス排出ポート４２と、複数の仕切り板４３とが設けられている。

第２ガス排出ポート４２は、第２乾燥室２２の上面に形成された第２ガス排出口４４に接続されている。この第２ガス排出ポート４２は、第２乾燥室２２に流入した過熱蒸気および褐炭の乾燥により発生した発生蒸気を排出ガスとして、第２乾燥室２２の外部に排出している。なお、第２ガス排出ポート４２から排出された排出ガスは、上記の乾燥炭サイクロン１３３へ向けて供給される。このため、第２ガス排出口４４から排出される排出ガスは、乾燥炭サイクロン１３３および乾燥炭電気集塵機１３４において褐炭が分離された後、褐炭分離後の排出ガス（過熱蒸気）の一部は、排熱回収ボイラ１２０で潜熱が回収される。

複数の仕切り板４３は、褐炭の流動方向に所定の間隔を空けて配設されている。この各仕切り板４３は、その板面が流動方向に直交するように設けられている。このため、複数の仕切り板４３は、第２乾燥室２２を複数の乾燥分室４５に分割しており、複数の乾燥分室４５は、褐炭の流動方向に並んで形成されている。また、各仕切り板４３は、第２乾燥室２２のガス分散板６との間に隙間を形成して設けられ、この隙間が褐炭の流通口４６となっている。

従って、流通口２８を介して、第１乾燥室２１から初期乾燥された褐炭が供給されると、供給された褐炭は、第２乾燥室２２の最上流の乾燥分室４５に供給される。乾燥分室４５に供給された褐炭は、ガス分散板６を介して供給される流動化ガスにより流動することで、流動層３を形成する。また、形成された流動層３の上方には、第２フリーボード部Ｆ２が形成される。流動層３となった褐炭は、流動化ガスによって乾燥される。乾燥分室４５で乾燥された褐炭は、流動方向の下流側の仕切り板４３とガス分散板６との間の流通口４６を介して、下流側の乾燥分室４５に押し出される。このように、褐炭は、上流側の乾燥分室４５から下流側の乾燥分室４５に押し出されながら移動し、全ての乾燥分室４５を通過することで、後期乾燥が行われる。

これにより、第２乾燥室２２の流動層３を形成する褐炭は、複数の乾燥分室４５を上流側から順に移動することで、押し出し流れとすることができる。よって、第２乾燥室２２における流動層３では、押し出し流れとなった褐炭を、流動方向に拡散させることなく乾燥できる。そして、第２乾燥室２２において後期乾燥が行われた褐炭は、乾燥炭となって、冷却室１３に供給される。なお、第２乾燥室２２では、例えば、水分含有率が４０％程度の褐炭を、水分含有率が１０％程度となるまで後期乾燥させる。

冷却室１３は、供給された乾燥後の褐炭を、流動方向に沿って流動させながら冷却している。第２乾燥室２２と冷却室１３との間には、これらを区分けする冷却室隔壁４８が設けられている。冷却室隔壁４８は、ガス分散板６との間に隙間を形成して設けられ、この隙間が第２乾燥室２２から冷却室１３へ向けて褐炭を流通させる流通口４９となっている。この冷却室１３には、褐炭を排出する排出ポート４１と、褐炭を冷却する冷却管５１と、冷却室１３において発生した排出ガスを排出させる第３ガス排出ポート５２と、が設けられている。

排出ポート４１は、褐炭の流動方向の下流側における冷却室１３の底部に形成されており、褐炭を冷却室１３から排出するための排出口となっている。この排出ポート４１は、冷却室１３において冷却された褐炭が、乾燥炭として排出され、排出された乾燥炭は上記した乾燥炭バンカ１３２へ向けて供給される。

冷却管５１は、流動層３の内部に設けられている。冷却管５１は、その内部に冷却水が供給され、流動層３の褐炭を冷却している。よって、冷却管５１に冷却水が供給されると、冷却管５１は、褐炭を除熱することにより、冷却室１３内の褐炭を冷却する。この後、冷却に利用された冷却水は、冷却室１３の外部に排出される。

第３ガス排出ポート５２は、冷却室１３の上面に形成された第３ガス排出口５３に接続されている。この第３ガス排出ポート５２は、冷却室１３に流入した冷却窒素を排出ガスとして、冷却室１３の外部に排出している。

従って、流通口４９を介して、第２乾燥室２２から後期乾燥された褐炭が供給されると、供給された褐炭は、冷却室１３に供給される。冷却室１３に供給された褐炭は、ガス分散板６を介して供給される冷却窒素により流動することで、流動層３を形成する。また、形成された流動層３の上方には、第３フリーボード部Ｆ３が形成される。流動層３となった褐炭は、冷却窒素により除熱されることで冷却が行われる。冷却後の褐炭は、乾燥炭として、排出ポート４１から乾燥炭バンカ１３２へ向けて排出される。

このとき、第１乾燥室２１、第２乾燥室２２および冷却室１３は、その床面積比が、すなわち、各室２１，２２，１３におけるガス分散板６の面積比が、「第１乾燥室：第２乾燥室：冷却室＝２７〜４５％：６３〜４５％：１０％」となっている。

ここで、流動化ガスとして過熱蒸気が供給された第２乾燥室２２の圧力は、流動化ガスとして窒素が供給された第１乾燥室２１の圧力および冷却室１３の圧力に比して高くなっている。このため、ガス分散板６を介して第２乾燥室２２に流入した過熱蒸気は、その一部が、流通口２８を介して第１乾燥室２１に流入し易くなる。一方で、ガス分散板６を介して第１乾燥室２１に流入した加熱窒素は、その一部が、流通口２８を介して第２乾燥室２２に流入しようとするが、第２乾燥室２２の圧力が高いために流入し難くなる。

同様に、ガス分散板６を介して第２乾燥室２２に流入した過熱蒸気は、その一部が、流通口４９を介して冷却室１３に流入し易くなる。一方で、ガス分散板６を介して冷却室１３に流入した冷却窒素は、その一部が、流通口４９を介して第２乾燥室２２に流入しようとするが、第２乾燥室２２の圧力が高いために流入し難くなる。

以上のように、本実施例の構成によれば、第１乾燥室２１に、非凝縮性ガスである加熱窒素を流入させることができる。これにより、７０℃〜１００℃の加熱窒素で褐炭を初期乾燥させることができるため、褐炭の乾燥効率を向上させることができる。一方で、第２乾燥室２２に、凝縮性ガスである過熱蒸気を流入させることができる。これにより、１１０℃〜１５０℃の過熱蒸気で褐炭を後期乾燥させることができるため、凝縮性ガスの潜熱を回収して有効利用することが可能となる。

また、本実施例の構成によれば、第１乾燥室２１に、加熱窒素を流入させ、第２乾燥室２２に、過熱蒸気を流入させることができる。このため、水分含有率の高い第１乾燥室２１の褐炭に対しては、非凝縮性ガスを供給して、褐炭を効率良く乾燥させることができる。また、初期乾燥後の水分含有率が低下した第２乾燥室２２の褐炭に対しては、凝縮性ガスを供給して、褐炭を乾燥させつつ、凝縮性ガスの潜熱を回収することができる。

また、本実施例の構成によれば、第２乾燥室２２の圧力を、第１乾燥室２１および冷却室１３の圧力に比して高くすることができる。これにより、第２乾燥室２２に非凝縮性ガスが混入することを抑制することができるため、凝縮性ガスの潜熱を効率良く回収することができる。

また、本実施例の構成によれば、乾燥炉５と冷却容器７とを一体に設けることができるため、乾燥炉と冷却容器とを別体に設ける場合に比して、構成を簡易なものとすることができる。

なお、本実施例では、第３ガス排出口５３から排出ガスとして冷却窒素が排出されるが、排出された冷却窒素を加熱窒素として第１チャンバ室１４に供給してもよい。この構成によれば、冷却窒素は、乾燥後の褐炭の除熱時において加熱されるため、加熱された冷却窒素を加熱窒素として用いることで、乾燥効率をさらに向上させることができる。

また、本実施例では、第１ガス排出口３８から排出ガスとして加熱窒素および発生蒸気が排出されるが、排出された発生蒸気を凝縮して、冷却管５１に供給される冷却水として用いてもよい。この構成によれば、第１乾燥室２１において褐炭から発生した発生蒸気を有効利用できるため、冷却効率の向上を期待できる。

１ 流動層乾燥装置
３ 流動層
５ 乾燥炉
６ ガス分散板
７ 冷却容器
１１ チャンバ室
１２ 乾燥室
１３ 冷却室
１４ 第１チャンバ室
１５ 第２チャンバ室
１６ 第３チャンバ室
１７ チャンバ室隔壁
２１ 第１乾燥室
２２ 第２乾燥室
２５ 乾燥室隔壁
２８ 流通口
３１ 供給ポート
３３ 伝熱管
３４ 第１ガス排出ポート
３８ 第１ガス排出口
４１ 排出ポート
４２ 第２ガス排出ポート
４３ 仕切り板
４４ 第２ガス排出口
４５ 乾燥分室
４６ 流通口
４８ 冷却室隔壁
４９ 流通口
５１ 冷却管
５２ 第３ガス排出ポート
５３ 第３ガス排出口
Ｆ１ 第１フリーボード部
Ｆ２ 第２フリーボード部
Ｆ３ 第３フリーボード部

Claims (4)

1. 流動化ガスにより湿潤燃料を流動させることで、内部に流動層を形成する乾燥炉を備え、
   前記乾燥炉は、
   前記乾燥炉の内部を、前記湿潤燃料の流動方向の上流側に位置する第１乾燥室と、前記第１乾燥室の下流側に位置する第２乾燥室とに区分けする仕切り部と、
   前記乾燥炉の底部と前記仕切り部との間に設けられ、前記第１乾燥室から前記第２乾燥室へ向けて前記湿潤燃料を流通させる流通口と、を有し、
   前記流動化ガスは、非凝縮性ガスと凝縮性ガスとがあり、
   前記第１乾燥室に、前記流動化ガスとして前記非凝縮性ガスを流入させることで、前記湿潤燃料を初期乾燥させ、前記第２乾燥室に、前記流動化ガスとして前記凝縮性ガスを流入させることで、前記湿潤燃料を後期乾燥させており、
   前記第１乾燥室における前記湿潤燃料の初期乾燥時及び前記第２乾燥室における前記湿潤燃料の後期乾燥時において、前記凝縮性ガスが流入する前記第２乾燥室の圧力は、前記非凝縮性ガスが流入する前記第１乾燥室の圧力に比して高いことを特徴とする流動層乾燥装置。
2. 前記乾燥炉で乾燥した前記湿潤燃料を乾燥燃料として供給され、前記流動化ガスにより乾燥燃料を流動させることで内部に流動層を形成しながら、前記乾燥燃料を冷却する前記乾燥炉と一体に設けられた冷却容器をさらに備え、
   前記冷却容器は、その内部に前記第２乾燥室に連通する冷却室が設けられ、
   前記冷却室には、前記流動化ガスとして、前記非凝縮性ガスを流入させることを特徴とする請求項１に記載の流動層乾燥装置。
3. 前記冷却室に設けられ、前記冷却室において発生した排出ガスを排出させる第３ガス排出口をさらに備え、
   前記凝縮性ガスが流入する前記第２乾燥室の圧力は、前記非凝縮性ガスが流入する前記冷却室の圧力に比して高いことを特徴とする請求項２に記載の流動層乾燥装置。
4. 前記第１乾燥室、前記第２乾燥室および前記冷却室は、その床面積比が、「前記第１乾燥室：前記第２乾燥室：前記冷却室＝２７〜４５％：６３〜４５％：１０％」となっていることを特徴とする請求項２または３に記載の流動層乾燥装置。

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